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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-21752
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/2175/


Hornung, Andreas

Halogenasen aus Actinomyceten : funktionelle und phylogenetische Studien

Halogenases from actinomycetes : functional and phylogenetic studies

Dokument1.pdf (5.739 KB) (md5sum: 4ca1ea2b15324aca051f600f6f692b4d)

Kurzfassung in Deutsch

Actinomyceten produzieren eine enorme Vielfalt unterschiedlichster biologisch aktiver Sekundärmetabolite, die für die Suche nach neuen Medikamenten eingesetzt werden können. Die Nutzung dieser Ressource im Wirkstofffindungsprozess ist jedoch nicht trivial und meist recht aufwendig. Daher ist trotz großer historischer Erfolge in jüngerer Vergangenheit die Bedeutung von Naturstoffen in der Medikamentenentwicklung zurückgegangen.

Im Rahmen dieser Dissertation konnte ein molekularbiologisches Verfahren etabliert werden, das bei geringem Kostenaufwand die Durchmusterung einer kompletten Stammsammlung bezüglich ihres biosynthetischen Potentials in kürzester Zeit ermöglicht. Dieses Verfahren nutzt den Zusammenhang zwischen Nukleotidsequenz und Substratspezifität eines Biosyntheseenzyms. Wie in dieser Arbeit demonstriert wurde, kann durch seine Anwendung an geeigneten Biosynthesegenen, so genannten Markern, entweder ganz gezielt nach Produzenten einer bestimmten Sekundärmetabolitsubstanzklasse oder relativ breit nach Produzenten von Naturstoffen unterschiedlicher Klassen mit einem bestimmten Strukturmotiv gesucht werden.
In dieser Arbeit wurden Halogenasegene als genetische Marker verwendet, um eine Vorhersage treffen zu können, welche Sekundärmetabolitklassen von den etwa 550 untersuchten Actinomycetenstämmen produziert werden. Gene mit Homologien zu bekannten Halogenasen aus Naturstoff-Biosynthesegenclustern wurden in 20% der Stämme entdeckt. Sekundärmetabolite unterschiedlicher Klassen wurden isoliert und ihre Struktur bestimmt. Die Hypothese der Korrelation zwischen Nukleotidsequenz und Substratspezifität konnte für Halogenasen, die an der Biosynthese von Glykopeptiden und Xanthonen beteiligt sind, bestätigt werden. Des Weiteren wurden putative Produzenten von Lipoglykodepsipeptiden, Enediynen, Ansamycinen, Aminocoumarinen und Makroliden identifiziert. Bei den Xanthonen konnte ein Derivat isoliert werden, das im Vergleich zu der bisher bekannten Verbindung über eine zusätzliche Aktivität gegen Gram-negative Bakterien verfügt.

Weiterhin wurde in der vorliegenden Arbeit gezeigt, dass durch Nutzung der durch das oben beschriebene Suchverfahren identifizierten Enzyme und Biosynthesegencluster in molekularbiologischen Ansätzen, Naturstoffe derivatisiert werden können. Neue Derivate wurden durch Biokatalyse, kombinatorische Biosynthese und die Variation von Fermentationsparametern hergestellt. Zusätzlich konnte durch die Nutzung der Transposon-Mutagenese erfolgreich eine Reihe neuer Xanthonderivate hergestellt werden.


Kurzfassung in Englisch

Actinomycetes produce an enormous variety of different biologically active secondary metabolites which can be used for the discovery of novel drugs. However, the use of this resource in the drug discovery process is often quite complicated. Therefore, despite recent successes, the significance of natural compounds in drug development has declined.

Within the framework of this dissertation, a molecular procedure was established to screen a whole strain collection for its biosynthetic potential in a time and cost-saving way. This procedure makes use of the link between the nucleotide sequence and substrate specificity of a biosynthetic enzyme. As shown in this work, by applying this method to suitable biosynthetic genes, called marker genes, it is possible to screen for producer strains of a certain secondary metabolite class or for producers of completely different compound classes with a specific structural motif.
In this work only halogenase genes were used as marker genes to predict the secondary metabolite classes produced by approximately 550 actinomycetes strains. Genes with homologies to known halogenases originating from natural compound biosynthetic gene clusters were identified in 20% of the strains. Secondary metabolites of different classes were isolated and their structure elucidated. The hypothesis that there is a correlation between the nucleotide sequence and substrate specificity was verified for halogenases which are involved in the biosynthesis of glycopeptides and xanthones. Furthermore, putative producers of lipoglycodepsipeptides, enediynes, ansamycines, aminocoumarines and macrolides were identified. With the xanthones, a derivative was isolated which shows additional activity against Gram-negative bacteria.

Furthermore, this work shows that natural compounds can be derivatized in molecular approaches by using the enzymes and the biosynthetic gene clusters identified. New derivatives were produced by biocatalysis, combinatorial biosynthesis and by varying the fermentation conditions. Additionally, several xanthone-derivatives were successfully produced using transposon mutagenesis.



SWD-Schlagwörter: Streptomycetaceae
Freie Schlagwörter (deutsch): Actinomyceten , Naturstoffe , Halogenasen , Biosynthesegencluster
Freie Schlagwörter (englisch): actinomycetes , natural compounds , halogenases , biosynthetic gene cluster
Institut: Institut für Pharmazeutische Wissenschaften
Fakultät: Fakultät für Chemie, Pharmazie und Geowissenschaften
DDC-Sachgruppe: Chemie
Dokumentart: Dissertation
Erstgutachter: Bechthold, Andreas (Prof. Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 17.10.2005
Erstellungsjahr: 2005
Publikationsdatum: 02.05.2006
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